В общем, наблюдения GW170817, сами по себе впечатляющие, могут оказаться пресловутой «верхушкой айсберга» будущего раскрытия тайн гамма-всплесков, эволюции двойных звездных систем, синтеза тяжелых элементов, общего принципа относительности, поведения материи в экстремальной среде и свойств нейтронных звезд. Физиков особенно интересуют свойства этих сверхплотных звездных остатков, в которых сотня тысяч тонн материи упакованы в 1 куб. мм. Мы никогда не сможем воспроизвести такие немыслимые условия в лаборатории на Земле.
В принципе, подробное исследование сигналов гравитационных волн, таких как GW170817, могло бы дать больше информации, особенно если бы удалось в деталях наблюдать еще и высокочастотные волны финальных стадий слияния. По мере сближения двух нейтронных звезд взаимные приливные силы будут растягивать и сжимать их. Величина возникающих деформаций поведает физикам о внутренней структуре звезды, характере изменения ее плотности в зависимости от глубины и т. д. На основе наблюдений GW170817 это так называемое уравнение состояния пока не было выведено. Однако пока все данные согласуются с результатами ядерных экспериментов в лабораториях Земли.
Более того, тот факт, что вследствие слияния возник столь массивный, релятивистски расширяющийся огненный шар, накладывает определенные ограничения на приливные деформации двух нейтронных звезд. Более компактные звезды могут теснее сблизиться, прежде чем сольются. Вследствие этого они испытывают более мощное соударение и выбрасывают больше массы. Из оценки массы выброса (возможно, около 5 % массы Солнца) следует, что нейтронные звезды имеют самое большее 27 км в диаметре. В то же время, судя по другому комплексу данных, они не могут быть меньше 22 км.
Это еще не все. Как свидетельствует почти одновременное поступление гамма-лучей и гравитационных волн, колебания пространственно-временного континуума распространяются со скоростью света с точностью до одной квадриллионной – что подтверждает теорию относительности Эйнштейна. Независимые измерения расстояния до родительской галактики, в которой произошло событие (на основе наблюдаемой амплитуды волн Эйнштейна), в сочетании со скоростью удаления NGC4993 дают значение скорости расширения Вселенной, превосходно согласующееся с существующими измерениями. Путем дальнейших наблюдений астрономы надеются значительно повысить точность этой оценки.
Осенью 2018 г. обе LIGO и Virgo начнут очередной научный запуск с использованием еще более чувствительной аппаратуры. Вскоре после этого будет введен в эксплуатацию японский детектор KAGRA (см. главу 16). Лет через двадцать измерения гравитационных волн могут стать столь же обыденными, как и наблюдения рентгеновского излучения в последние 40 лет.
Авторство иллюстраций
В порядке публикации в книге:
Уил Тирион.
Фотография Оррена Джека Тернера. Отдел печатных изданий и фотографий Библиотеки Конгресса, Вашингтон, округ Колумбия, D. C. LC-USZ62–60242.
Кэтрин Стефенсон, Стэнфордский университет и корпорация Lockheed Martin/НАСА.
Специализированные коллекции и университетские архивы, библиотека Мэрилендского университета.
Команда ключевой программы ЕКА/Hershel/PACS/MESS по изучению остатков сверхновых; НАСА, ЕКА и Элисон Лолл/Джефф Хестер (Университет штата Аризона).
М. Барнелл.
Публикуется с разрешения Национального центра по астрономическим и ионосферным исследованиям – обсерватории Аресибо, научного объекта Национального фонда содействия развитию науки.
Публикуется с разрешения Caltech/MIT/LIGO Laboratory.
Коллаборация EGO & Virgo.
НАСА, ЕКА, Х. Теплиц и М. Рафелски (IPAC/Caltech), А. Кёкемёр (STScl), Р. Виндхорст (Университет штата Аризона) и З. Леви (STScl).
Amble/Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0).
Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики.
Публикуется с разрешения Caltech/MIT/LIGO Laboratory.
Д-р Маргарет Харрис, Physics World.
Проект SXS (симуляция экстремальных состояний пространственно-временного континуума)/Caltech/MIT/LIGO Laboratory.
CSIRO Science Image (CC BY 3.0).
Фотография © Герхард Хюдеполь.
NOVA/FNWI Techno Center, Университет Радбаунд в Неймегене.
EКА/ATG medialab.
AEI/Институт гравитационной физики им. Макса Планка/Milde Marketing/exozet. Симуляция гравитационной волны: НАСА/К. Хенце.
Говерт Шиллинг.
Уил Тирион.
Примечания и дополнительная литература
Хорошее ознакомительное чтение об эволюции звезд: James B. Kaler, Cosmic Clouds: Birth, Death, and Recycling in the Galaxy (Джеймс Калер. «Космические облака: Жизнь, смерть и круговорот материи в галактике») [New York: W. H. Freeman & Co., 1996]. См. также: Kaler, Stars and Their Spectra: An Introduction to the Spectral Sequence (Калер. «Звезды и их спектры: Знакомство со спектральными последовательностями») [Cambridge: Cambridge University Press, 1989; 2011]; Kaler, Heaven’s Touch: From Killer Starsto the Seeds of Life, How We Are Connected to the Universe (Калер. «Прикосновение небес: От звезд-убийц к семенам жизни – как мы связаны со Вселенной») [Princeton, NJ: Princeton University Press, 2009]. Подробно, но доступно о нейтронных звездах рассказывается в сб.: Werner Becker, ed., Neutron Stars and Pulsars (Вернер Бекер (ред.). «Нейтронные звезды и пульсары») [New York: Springer, 2009].
Хорошая ознакомительная книга о пульсарах: Geoff McNamara, Clocks in the Sky: The Story of Pulsars (Джефф Макнамара. Часы в небе: История пульсаров) [New York: Springer, 2008]. См. также: Duncan R. Lorimer, “Binary and Millisecond Pulsars” (Д. Р. Лоример Двойные и миллисекундные пульсары), Living Reviews in Relativity, 8 (2005): 7.
Дополнительную информацию вы найдете в кн.: Alan H. Guth, The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins (Алан Гут. Расширяющаяся Вселенная: Поиск новой теории возникновения космоса) [New York: Basic Books, 1998].
Две свежие книги, рассказывающие о прямой регистрации гравитационных волн: Harry Collins, Gravity’s Kiss: The Detection of Gravitational Waves (Гарри Коллинз. Поцелуй гравитации: Регистрация гравитационных волн) [Cambridge, MA: MIT Press, 2017]; «Marcia Bartusiak, Einstein’s Unfinished Symphony: The Story of a Gamble, Two Black Holes, and a New Age of Astronomy.
Дополнительно о темной материи и темной энергии читайте: Robert P. Kirshner, The Extravagant Universe: Exploding Stars, Dark Energy and the Accelerating Cosmos (Роберт П. Киршнер. Экстравагантная Вселенная: Взрывающиеся звезды, темная энергия и ускоряющийся космос) [Princeton: Princeton University Press, 2002]; Iain Nicolson, Dark Side of the Universe: Dark Matter, Dark Energy, and the Fate of the Cosmos (Иэн Николсон. Темная сторона Вселенной: Темная материя, темная энергия и судьба космоса) [Bristol: Canopus Publishing Ltd., 2007]; Richard Panek, The 4 Percent Universe: Dark Matter, Dark Energy, and the Race to Discover the Rest of Reality (Ричард Панек. Вселенная четырех процентов: Темная материя, темная энергия и борьба за открытие остальной части реальности) [Boston: Houghton Mifflin Harcourt, 2011].